Perché i neutroni star sono più dense del diamante?

Ma cosa ci fa un diamante, quel gioiello che pensiamo sia il non plus ultra della densità, in confronto a una cosa chiamata “stella di neutroni”? Immaginatevi: voi, con il vostro bel diamante da due carati, che vi ritrovate a una festa dove c’è uno che, per fare lo spiritoso, prende un cucchiaino di… beh, di materia stellare, e voi vi sentite improvvisamente leggeri come una piuma. Ecco, più o meno è questo il senso della domanda. Perché, signori e signore, nella classifica dei materiali più densi dell’universo, i diamanti fanno la figura di una spugna bagnata di fronte a un mattone. Curiosi di capire dove sta questo “trucco” cosmico? Bene, allacciate le cinture che si va a fare un giro tra le stelle e le loro… diciamo… particolarità fisiche.

Come si fa a creare una cosa così compatta?

Partiamo dal presupposto che le stelle non nascono con l’idea di diventare dei surrogati del piombo, ma è una questione di fine carriera. Quando una stella molto massiccia (molto, molto più massiccia del nostro Sole, per intenderci) esaurisce il suo combustibile nucleare, succede il botto. Anzi, un mega-botto: una supernova. L’esplosione catapulta nello spazio strati esterni della stella, ma il nucleo, quello che resta, inizia a collassare sotto il suo stesso, immenso, peso. E qui entra in gioco la gravità, la signora che comanda nell’universo, e che in questo caso si dà parecchio da fare. La gravità preme, preme e preme su tutto.

Quando gli elettroni e i protoni si danno la mano (forse troppo stretta)

Normalmente, atomi e molecole sono per lo più spazio vuoto. C’è un nucleo piccolissimo e gli elettroni che gli girano intorno come trottole impazzite. Ma sotto la pressione gravitazionale estrema di una stella che sta per diventare una stella di neutroni, le cose si fanno… complicate. Gli elettroni, che sono un po’ i rompiballe della situazione, vengono letteralmente schiacciati nel nucleo, dove si combinano con i protoni. Sapete cosa succede quando un elettrone incontra un protone? Boom! Si trasformano in neutroni. È un po’ come se, per fare spazio, tutti gli ospiti di una festa decidessero di fondersi in un’unica, gigantesca persona.

La “carne” di una stella di neutroni

Quindi, quello che rimane dopo questo cataclisma nucleare è una palla composta quasi interamente da neutroni stipati uno contro l’altro, come sardine in scatola, ma a un livello che la nostra mente fatica a concepire. Non ci sono più atomi con i loro spazi vuoti. C’è una materia incredibilmente compatta. Pensateci: per ogni cucchiaino di materia di stella di neutroni, stiamo parlando di una massa paragonabile a quella del Monte Everest, o di una montagna alta circa 8 chilometri. Capite la differenza con il diamante, che già di suo è duro e denso? Il diamante è fatto di atomi di carbonio disposti in una struttura cristallina ordinata. È denso, sì, ma la distanza tra i nuclei degli atomi e le loro orbite elettroniche lascia comunque “spazio”. La materia di una stella di neutroni, invece, è la materia nella sua forma più “essenziale” e compressa, dove i neutroni sono impacchettati così stretti da sfidare ogni logica.

Come vedete dalla tabella, c’è un bel salto quantico (e mi si perdoni il gioco di parole!) tra il nostro amico diamante e la materia stellare. Il numero che indica la densità di una stella di neutroni è uno di quelli che ti fanno venire il capogiro. Parliamo di un numero seguito da un sacco di zeri, che rende la densità del diamante quasi irrilevante in confronto.

Gravità, la vera fuoriclasse

Tutto questo accade a causa della gravità. Nelle stelle di neutroni, la gravità è così intensa che supera le forze che normalmente tengono separati gli atomi, e persino quelle che tengono separati i protoni e i neutroni. È una compressione titanica. Immaginate di avere una pressione esterna tale da schiacciare tutto in uno spazio minuscolo. È un po’ come cercare di far entrare un elefante in una scatola di fiammiferi: una volta che gli elettroni sono stati espulsi o fusi, e i protoni e neutroni sono messi schiena a schiena, quello che ottenete è un oggetto di densità inimmaginabile.

Non si gioca con i neutroni

Il risultato è che una stella di neutroni, che ha un diametro di circa 20-30 chilometri (pensate: più piccola di una città!), può avere una massa superiore a quella del nostro Sole. E questo significa che un centimetro cubo di questa roba pesa miliardi di tonnellate. Se poteste prendere un cucchiaino di materia di stella di neutroni e metterlo sulla Terra, creerebbe una depressione che sprofonderebbe fino al centro del pianeta, anzi, probabilmente lo distruggerebbe. Il diamante, per quanto duro e prezioso, è fatto di atomi con i loro legami. La materia di una stella di neutroni è la materia spinta ai suoi limiti estremi, dove le particelle fondamentali sono così vicine da essere quasi indistinguibili. È come confrontare un foglio di carta piegato più volte con un blocco di legno massiccio: entrambi occupano uno spazio, ma la quantità di “roba” in quel blocco di legno è enormemente maggiore.

Quindi, la prossima volta che guarderete un diamante e penserete alla densità, ricordatevi che lassù, tra le stelle, ci sono oggetti che fanno sembrare il diamante una bolla di sapone. La natura, quando si mette a fare esperimenti cosmici, non guarda in faccia a nessuno e ci regala fenomeni che sfidano la nostra immaginazione. Le stelle di neutroni sono un promemoria della potenza incredibile della gravità e delle stranezze della fisica che avvengono quando le condizioni sono… diciamo… un tantino estreme. È un po’ come scoprire che il tuo vicino di casa, quello tranquillo, di notte si trasforma in Hulk. Affascinante, no?

Domande frequenti

Cosa succede se provo a toccare una stella di neutroni?

Meglio evitare, a meno che tu non voglia essere trasformato in una specie di spaghetti cosmico dalla gravità. E comunque, non arriveresti nemmeno vicino alla superficie perché ti vaporizzeresti prima per il calore estremo e le radiazioni.

Perché le stelle di neutroni non collassano in buchi neri?

C’è una forza, chiamata “pressione di degenerazione dei neutroni”, che resiste al collasso gravitazionale. È come una molla super potente che impedisce ai neutroni di essere schiacciati ulteriormente. Se la stella è troppo massiccia, però, nemmeno questa forza ce la fa.

Le stelle di neutroni sono fatte solo di neutroni?

Principalmente sì, ma al centro potrebbero esserci forme di materia ancora più esotiche. La fisica delle stelle di neutroni è un campo di ricerca attivo e pieno di misteri ancora da svelare.

Quante stelle di neutroni ci sono nella Via Lattea?

Si stima che ce ne siano decine di milioni, ma solo una piccola frazione sono state osservate direttamente. Molte sono troppo deboli o troppo lontane per essere scoperte con le tecnologie attuali.